熱脆性簡介

鋼在高溫某一溫度范圍內(nèi)長時間加熱之后，其沖擊韌性下降的特性稱為“鋼的熱脆性”。盡管對產(chǎn)生熱脆性機理的說法尚不統(tǒng)一，但是一些試驗資料足以說明，鋼的熱脆性是鋼組織不穩(wěn)定的結(jié)果。鋼熱脆性的溫度范圍、產(chǎn)生熱脆性的速度和沖擊韌性降低的多少，取決于鋼的化學(xué)成分和熱處理工藝。

熱脆性發(fā)展速度與引起熱脆性的具體因素有關(guān)。如果某種鋼的熱脆性是依組織變化為先決條件，而這種組織變化，是由于加入了在固溶體中擴散速度相當(dāng)大的元素（C、N）而引起的時候，那么熱脆性的發(fā)展速度將較快，而且在較短時間之內(nèi)，即可使沖擊值降低到足夠低的程度。如果是由于某種相（如σ相），或由于固溶體點陣結(jié)點上金屬原子的替換，而引起熱脆性，那么，熱脆性發(fā)展速度將較慢，而且沖擊值下降速度也慢。在脆性發(fā)展的溫度范圍內(nèi)，溫度越高，時間越長，鋼的脆性指標(biāo)（沖擊值），在某一極限前的發(fā)展也越顯著。

1、對于珠光體鋼，當(dāng)由于熱脆性的產(chǎn)生而使沖擊值降低時，其塑性和強度不發(fā)生變化。只是在個別情況下伸長率和斷面收縮率同時減低。對于奧氏體鋼，當(dāng)由于熱脆性的產(chǎn)生而使沖擊值降低時，往往塑性也同時下降。電站用鋼處于高溫、應(yīng)力狀態(tài)下工作，固溶體中碳化物、氮化物及金屬間化合物，在熱脆性敏感的鋼中加速析出，從而加速熱脆性發(fā)展。所以，有些鋼經(jīng)過時效處理后仍保持相當(dāng)高的沖擊值，而運行后出現(xiàn)熱脆性的時間卻大大提前，這就是因為應(yīng)力和塑性變形加速熱脆性發(fā)展的緣故。

珠光體鋼產(chǎn)生熱脆性的溫度范圍是400~500℃，碳素鋼只有存在塑性應(yīng)變的前提下才出現(xiàn)熱脆性，Mn和Cr促使熱脆性發(fā)展；Cu≤0.5%沒有顯著影響，Cu>0.5%加速熱脆性發(fā)展；W、V等屬于減緩熱脆性發(fā)展的元素。退火鋼熱脆性發(fā)展速度快；淬火并高溫回火鋼熱脆性發(fā)展速度慢。

2、奧氏體鋼的熱脆性：18—8不銹鋼在500~850℃區(qū)間保溫后，再在常溫下試驗，可發(fā)現(xiàn)其脆性的發(fā)展。隨著鋼中含碳量增高，脆性也加大。當(dāng)回火溫度為900℃左右時，脆性就更加嚴重。延長回火保溫時間，將有Cr的碳化物沿晶界析出，同樣會引起脆化。在已脆化鋼的組織中，已出現(xiàn)網(wǎng)狀分布的馬氏體組織。這種組織的出現(xiàn)，正是由于Cr碳化物的析出，使固溶狀態(tài)的Cr局部貧化，于是便生成馬氏體組織。

在含有Ti和Nb的鋼中，在700℃和900℃回火后，均出現(xiàn)脆性。700℃回火脆性的發(fā)展是由于Cr碳化物析出的結(jié)果。900℃回火后，有Ti和Nb的碳化物析出，脆性發(fā)展較慢。含3%Mo以下的鋼，在800~900℃回火后，將促使脆性發(fā)展。

某些鋼材長時間停留在400~550℃區(qū)間，在冷卻到室溫后其沖擊值會出現(xiàn)顯著下降，這種現(xiàn)象稱為鋼的熱脆性。幾乎所有鋼材都有產(chǎn)生熱脆性的傾向。需要注意的是，具有熱脆性的鋼材在高溫下并不呈現(xiàn)脆化，仍具有較高的沖擊韌度，只有當(dāng)冷卻到室溫時，才顯示出脆化現(xiàn)象。鋼材的熱脆性只有通過沖擊試驗才會明顯地顯示出來，一般比正常沖擊韌度下降50%~60%，甚至下降80%~90%。具有熱脆性的鋼材，金相組織沒有明顯的變化。影響鋼材熱脆性的因素主要有：

1、化學(xué)成分

純鐵本身不呈現(xiàn)熱脆性，加入元素C后，若在高溫時承受塑性變形，鋼材將具有熱脆性；若在高溫時不承受塑性變形，鋼材熱脆性不明顯。元素Cr及Mn最易促使熱脆性的形成，如低合金鉻鎳鋼（Cr質(zhì)量含量為0.5%~1.0%及鎳質(zhì)量含量為1.0%~4.0%）、錳鋼（Mn質(zhì)量含量為1.0%~2。0%）的熱脆性很明顯；少量Cu元素的熱脆性不明顯，但當(dāng)Cu質(zhì)量含量超過0.4%時具有明顯的熱脆性；P使熱脆性傾向增大；W及V元素可減弱熱脆性。

2、保溫時間

保溫時間是構(gòu)成熱脆性的一個重要因素。不同鋼材產(chǎn)生熱脆性的保溫時間不同。低合金鉻鎳鋼、錳鋼及鉻錳鋼等鋼材在保溫100~200h后，常溫沖擊韌度明顯地下降。若在這些鋼材中加入Mo元素，出現(xiàn)明顯熱脆性所需的保溫時間可推遲至800~1000h。 2100433B

脆性是指材料在外力作用下(如拉伸、沖擊等)僅產(chǎn)生很小的變形即斷裂破壞的性質(zhì)，與塑性相反，直到斷裂前只出現(xiàn)很小的彈性變形而不出現(xiàn)塑性變形。脆性材料抗動荷載或沖擊能力很差。金屬材料的脆性主要取決于其成分和組織結(jié)構(gòu) 。

脆性斷裂，簡稱脆斷，是指：構(gòu)件未經(jīng)明顯的變形而發(fā)生的斷裂，斷裂時材料幾乎沒有發(fā)生過塑性變形。如桿件脆斷時沒有明顯的伸長或彎曲，更無縮頸，容器破裂時沒有直徑的增大及壁厚的減薄。脆斷的構(gòu)件常形成碎片。材料的脆性是引起構(gòu)件脆斷的重要原因。

材料的沖擊吸收功能隨溫度的降低而降低，當(dāng)試驗溫度低于TK時，沖擊吸收功明顯下降，材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，這種現(xiàn)象稱為低溫脆性。 2100433B